Eles podem armazenar eletricidade melhor do que quase qualquer material na Terra, bloquear um ataque de interferência eletromagnética, e farejar o menor vestígio de toxinas no ar, mas MXenes, o mais recente supermaterial em espera, tem problemas com a água. Como um ancinho deixado na chuva, eles oxidam, e rapidamente, quando armazenado ou misturado em água. É uma questão de conseqüência, Considerando algumas das aplicações mais promissoras, é necessário combinar flocos de MXene em água para fazer coisas como tinta condutora e revestimentos em spray. Um avanço, publicado recentemente por pesquisadores da Universidade Drexel em um jornal de química alemão, mostrando que um aditivo de amaciamento de água comum pode ajudar a preservar os flocos na água, pode ser a chave para sua viabilidade futura.

Estes atomicamente finos, materiais em camadas, que foram descobertos na Drexel em 2011, devem suas habilidades excepcionais, em parte, à sua superfície química e estrutura física. Mas a fonte das propriedades únicas do MXenes também é provavelmente sua fraqueza quando se trata de oxidação, de acordo com a pesquisa publicada por uma equipe de pesquisadores da Drexel's College of Engineering.

"A oxidação de MXenes sempre foi um problema, "de acordo com Varun Natu, um pesquisador de doutorado na faculdade e um co-autor do artigo "Capeamento de bordas de folhas 2-D-MXene com sais polianiônicos para mitigar a oxidação em suspensões coloidais aquosas, "que foi publicado na revista Angewandte Chemie . "Os MXenes de carboneto de titânio mais comuns mostram sinais de oxidação quando armazenados por uma semana ou mais em água; outros produtos químicos oxidam em alguns dias."

O oxigênio é um problema, não apenas porque reage com MXenes - como faria com um ancinho enferrujado - mas também muda sua química de superfície e morfologia, o que acaba diminuindo seu desempenho quando se trata de tarefas como passar e armazenar eletricidade.

Grupo do ilustre Professor Michel Barsoum no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, que fez parte da equipe que descobriu o MXenes e vem explorando seus aplicativos, vinha procurando uma maneira de evitar a oxidação dos MXenes na água por vários anos. Sua descoberta veio depois que uma descoberta relacionada mostrou como a oxidação começa nas bordas das folhas de MXene.

A equipe de Basoum mostrou há alguns meses, que embora as camadas do MXenes tenham uma carga superficial negativa, as bordas das folhas têm, na verdade, uma carga positiva. Esta descoberta, além do fato, estabelecido na literatura de argila, que entidades negativas são atraídas para as bordas das partículas de argila que levaram ao avanço.

"Quando você dissolve sais de polifosfato em água, eles se dissociam nas longas cadeias negativamente alteradas de polifosfatos e entidades positivas ou cátions. Os primeiros são atraídos pelas bordas MXene positivas, tampe-os e desligue-os, ou reduzir muito, o processo de oxidação. É uma eletrostática simples. Uma vez que essas correntes assentam nas bordas do MXene, elas bloqueiam o contato direto da água e do ar, reduzindo a taxa de oxidação, "disse Natu.

Usando técnicas avançadas de microscopia disponíveis no laboratório da co-autora Mitra Taheri, Ph.D., Professor na faculdade, os pesquisadores foram capazes de mostrar que as cadeias de polifosfato de fato foram atraídas pelas bordas positivas. E tampar as bordas das camadas com um composto inerte, dessa forma, protege efetivamente as partes reativas do material do contato direto com água e / ou oxigênio, o que retarda substancialmente o processo de oxidação.

Armado com tampas de polifosfato protetor, Os flocos de MXene no estudo duraram mais de um mês em água exposta ao ar, sem qualquer sinal de oxidação.

"Esta descoberta finalmente torna possível o armazenamento de longo prazo de MXenes, o que pode tornar viável seu processamento em escala industrial, "Barsoum disse." Antes de nossa descoberta, os métodos mais comuns propostos eram, secar os MXenes e armazená-los em vácuo, armazenar sob a atmosfera de argônio, usando solventes orgânicos para fazer coloides MXene ou para armazenar sob nitrogênio líquido. Mas todos esses métodos não são econômicos, energeticamente eficiente ou escalonável. Fazendo da adição de polifosfato o melhor método para prevenir a oxidação até o momento. "

O grupo de Barsoum testou sua teoria com três sais diferentes em duas composições de MXene diferentes, mostrando que uma variedade de moléculas podem ser usadas de forma eficaz para tampar os flocos. Enquanto os pesquisadores da Drexel já iluminaram a possibilidade de usar MXenes para aplicações em tecnologia móvel, armazenamento de energia, comunicação sem fio, filtragem de água e cuidados de saúde, este trabalho pode levar a avanços na engenharia de superfície e de borda de MXenes para otimizá-los para esses trabalhos e outros. A equipe também está procurando métodos semelhantes para preservar MXenes em forma seca, o que também ampliaria as possibilidades de seu uso.